Integrált biomassza hasznosító rendszer

Integrált biomassza hasznosító rendszer Kótai László MTA KK AKI

Biomassza energetikai hasznosítása    

Agrárium

Hő Áram Gáz Üzemanyag

K+F Ipar

Energia

– Diesel motor – Ottó motor

Biomassza alapanyagok termékek Cellulóz, Keményítő Cukor Növényolaj Szárazanyag Intenzív cukorcirok termelés - > 80 t/h zöldtömeg - > 20 t/h szárazanyag - > 12 t/h cukor > 4 t/h etanol > 3-6 t/h butanol

    

Biomassza hsznosítás Cukorcirok Cukorlé

Biomassza erőmű

Cirokszár

Villamos energia

Hőenergia

Cukor Etanol

Butanol BUTADIESEL

Aceton

Hamu

Hamu feldolgozási technológia  A mikroelemek mennyisége és aránya egyezik azzal amit a növény felvett a talajból  A kénsavas kezelés feltárja a növényi sav oldhatatlan komponenseket (P, K),  Porózus, felissza a vizet, a nitrogén és egyéb trágyákat, talajbaktériumokat  Robbanásveszély nélkül adalékolható fémionokkal (cink a kukoricához).  Eső-kontrollált nitrogénleadású

Eső-szabályozott nitrogénleadás K2SO4 CaSO4.2H2O CO2 (pórusképző)

+

NH4 ionkiooldódásaaz LH8/Amintából különbözõtöménységûoldataiból (1gminta10, 20, 50és 100ml vízben)

110

Százalékos kioldódás

100 90 80 70

K2Ca(SO4)2.H2O (syngenit)

60 50 40 30 0

20

40

60

oldattérfogat / ml

80

100

+ NH4NO3 (K,NH4)2Ca (SO4)2.H2O KNO3

Agrár-üzemanyagok   

Bioetanol Biogáz Biodiesel – 90 % Növényolaj – 10 % Metanol Butanol-alapú termelés Fermentáció: Pasteur, 1861 Weizman, 1918

Növényolaj alapú diesel-technológia  Növényolaj, metanol, KOH, 60 C°, 15 perc, szakaszos üzem      

Melléktermék sok szappan Szappanbontás Metanol és vízmentesítés Foszforsavas kezelés Mosás 80 %-os glicerin képződés

 Növényolaj, metanol, KOH, 5 perc, 25 °C, BG adalék, folyamatos  Minimális szappan képződés (25 °C)  KHSO4 kezelés - K2SO4 képződés, ioncserés regenerálás  Vizmentes glicerin  Biogáz üzem

A technológia K+F elemei  Butilglikol  Fázistranszfer a metanolnövényolaj fázishatáron

 KHSO4 + R-COOK = K2SO4 + RCOOH  KOH + KHSO4 = K2SO4 A 2 %-os KHSO4 oldatból K2SO4 oldat képződik A K2SO4 oldat fele ion- cserével H2SO4-vá alakul

Szobahőmérséklet Folyamatos üzem, csőreaktor 98/2 katalizátor és metanol megoszlás  MeOH hígított glicerin

  

K2SO4 + H2SO4 =2 KHSO4 2 %-os KHSO4 oldatos mosás és ioncserés regenerálás, szennyvíz reciklizálás

Biodiesel üzem

Biodiesel fejlesztések  Metanol helyett butanol  Glicerinből aceton/butiraldehid alapon acetál  Alacsony viszkozitás és dermedéspont (-25 C°)  Jobb (0.95 az RME) az új biodiesel (1.20) bioüzemanyag/kiindulási növényi olaj aránya

O

R1 O R2

O

  

O

O

R1

R2

O

+

O

R1

R2

O

O

O

R,R’= H2 (formaldehyde) R,R’= Me2 (aceton), R=H, R’=butil

Butanol-ABE üzemanyag  Etanol, C2H5OH – 60 % energiatartalom a benzinhez képest – korrozív – Termelés gazdaságossága – Elegyíthetőség problémás (<10%) – Cukoralapon gyártható – Cellulóz és keményítő hidrolízise szükséges

 Butanol, C4H9OH – >90 % energiatartalom a benzinhez képest – Nem korrozív (csővezeték, fekete acél) – 40% mennyiségben adagolható – Cukor, keményítő és cellulózalapon is közvetlenül gyártható

Butanol-gazdaságosság  Butanol előállitás Clostridium törzsekkel – Alapanyag – Energia – Szennyvíz

25 % cukorhasznosulás Híg (2 %) oldat melegítés ~50-szeres szennyvíz

A probléma forrása a butanol toxikussága a termelő enzimre nézve (2 t butanol/98 t fermentlében)

Megoldás:Toxikus szint alatti termelés, folyamatos extrakcióval

Heptanalos extrakció  Heptanalos extrakció  Nincs emulzióképződés és gyors a fázisszétválás  K=11.3  Inhibiálja a szaporodást de a működést nem  ~15-20 %-os BuOH koncentráció/11 ciklus  Hőhasznosításos kondenzációs bepárló 3.35 Mcal/t víz és 0.87 Mcal/t butanol (~ 1:1 azeotróp, Fp: 93 °C)

Heptanal

Batch fementáció és extrakció anyag és energiamérlege       

100 t víz + 8 t cukor 2 tonna butanol 2 t + 2 t azeotróp 49 t/t butanol szennyvíz 98t x 1Mcal/t = 98 Mcal Párolgáshő: 8.4 Mcal Energiaigény: 53.2 Mcal/t

        

100 t víz + 8 t cukor 16 t heptanal (recirk.) 4 tonna butanol 4 t + 4 t azeotróp 24.5 t/t butanol szennyvíz 12-15 % ABE koncentráció 16 t x 0.6 Mcal/t = 9.6 Mcal Párolgáshő: 16.8 Mcal Energiaigény: 13.2 Mcal/t

Folyamatos üzem tervei  Folyamatos ellenáramú extrakció  Folyamatos cukor betáplálás (ciroklé)  Több mint 20 %-os BuOH tartalmú heptanal bepárlás  A heptanal nem párolog  (Fp: >150 °C), fajhője kicsi (Cp=0.54 cal/g)  Kis oldószer mennyiséget kell melegiteni  Nagyon kevés szennyvíz képződik

Szelektív oldószeres extrakció

Kompozit membrán Cement Tilóz Pumicit

Háromfázisú oldószeres extrakció  Toxikus extraháló szerekkel végzett extrakcióhoz  Kombináció immobilizálással  Többoldószeres extrakciókkal  Membrántechnikákkal kombinálva